Lịch sử phát triển hệ thống điện của các nước trên thế giới thấy rằng, thời kỳ đầu, các lưới điện đều vận hành với trung tính cách ly. Sở dĩ giải pháp này này từ đầu được chấp nhận là do: - Cấp điện áp trước đây thấp do đó vấn đề chi phí cho cách điện trong lưới không được quan tâm nhiều. - Việc nối đất hay không nối đất, hay không nối đất trung tính, cũng không ảnh hưởng đến khả năng truyền tải của đường dây
GIỚI THIỆU Lịch sử phát triển hệ thống điện nước giới thấy rằng, thời kỳ đầu, lưới điện vận hành với trung tính cách ly Sở dĩ giải pháp này từ đầu chấp nhận do: - Cấp điện áp trước thấp vấn đề chi phí cho cách điện lưới không quan tâm nhiều - Việc nối đất hay không nối đất, hay không nối đất trung tính, khơng ảnh hưởng đến khả truyền tải đường dây - Dòng cố pha, điện áp bước, điện áp tiếp xúc nhỏ Khi xảy cố chạm đất phần tử cho phép lưới điện tiếp tục vận hành thời gian khoảng thời gian người ta đủ để xác định điểm cố tách điểm cố khỏi lưới, làm tăng khả cung cấp điện cho hộ phụ tải Tuy nhiên, hạn chế lưới trung tính cách điện bắt đầu xuất với phát triển hệ thống điện quy mô lưới điện cấp điện áp Việc nghiên cứu ảnh hưởng chế độ nối đất trung tính lưới trung áp nhiều nước quan tâm Phù hợp với tính chất lưới điện, đặc điểm riêng nước mà nhiều nước có nghiên cứu cải tiến chế độ nối đất lưới trung áp cho phù hợp Hiện nay, lưới điện trung áp giới có phương thức: Trung tính cách ly, trung tính nối đất trực tiếp, nối đất qua cuộn dập hồ quang, nối đất qua tổng trở nhỏ Vì theo đề tài nên viết phân tích mạng điện ba pha có trung tính nguồn cách điện với đất MỤC LỤC KHÁI NIỆM, PHÂN LOẠI MẠNG ĐIỆN BA PHA I Khái niệm………………………………………………………………………3 II Phân loại…………………………………………………………………… …3 III Các tính dẫn đến tai nạn nguy hiểm dòng điện mạng ba pha………………………………………………………….…………… …4 MẠNG ĐIỆN BA PHA CĨ TRUNG TÍNH NGUỒN CÁCH ĐIỆN VỚI ĐẤT I Các trường hợp nguy hiểm mạng điện ba pha ba dây…………… …5 Trường hợp chung……………………………….…………… …… a) Khi người chạm vào pha………….……………… …… b) Khi người chạm vào pha pha……….……………… ….… c) Khi dây dẫn pha bị chạm đất người đứng chạm vào pha khác ……….……………… …… ……….……………….……………… ……… Trường hợp mạng điện có điện áp 1000V, chiều dài đường dây ngắn.……………… …… ……….……………….……………… ………… … 11 Trường hợp mạng điện có điện áp 1000V, cách điện tốt chiều dài dường dây dài… …… ……….……………….……………… …………… 11 Trường hợp mạng điện có cách điện khơng lớp lắm, chiều dài đường dây dài điện áp cao… …… ……….……………….………… ………… … 12 II Ưu nhược điểm…… ……….……………….………… ………… ……13 III Biện pháp an toàn…… ……….……………….………… …… …… … 14 KHÁI NIỆM, PHÂN LOẠI MẠNG ĐIỆN BA PHA I Khái niệm: - Điểm trung tính điểm chung ba cuộn dây nối hình Trong mạng điện ba pha điểm trung tính nguồn có vai trò quan trọng chế độ làm việc mạng - Dây trung tính dây nối với điểm trung tính nguồn, làm nhiệm vụ dẫn dịng điện trở nguồn mạng không đối xứng - Điểm trung tính nguồn dây trung tính gọi chung trung tính - Nếu trung tính khơng nối đất nối đất qua tổng trở lớn nối đất qua thiết bị bù dòng điện dung gọi trung tính cách điện đất Nếu trung tính trực tiếp nối với hệ thống nối đất có điện trở nhỏ gọi trung tính trực tiếp nối đất nối đất qua cuộn hồ quang - Mạng điện pha: gồm nguồn, tải đường dây đối xứng gọi mạch điện pha đối xứng Nếu không thỏa mãn điều kiện nêu gọi mạch điện pha không đối xứng Điện áp pha tải UP = UA = UB = UC điện áp đo đầu pha tải dây pha dây trung tính Điện áp dây tải Ud = UAB = UBC = UCA điện áp đo dây pha Dòng điện pha tải IP = IPA = IPB = IPC dòng điện qua cuộn dây pha máy phát pha tải Dòng điện dây Id = IdA = IdB = IdC dòng điện chạy dây từ nguồn đến tải Mạng điện thường dùng rộng rãi công nghiệp II Phân loại: mạng điện ba pha phân loại theo: - Cấp điện áp: Mạng cao áp Mạng có điện áp (110kV, 220kV, 500kV,…) thường mạng trung tính nối đất trực tiếp Khi điện áp mạng (35kV, 20kV, 10kV,…) thường mạng trung tính cách điện với đất Mạng hạ áp Thường mạng 220/127V 380/220V trung tính nối đất không nối đất Nước ta dung phổ biến mạng ba pha bốn dây 380/220V trung tính nối đất trực tiếp - Theo chế độ làm việc trung tính nguồn: Trung tính nguồn cách điện với đất Trung tính nguồn trực tiếp nối đất III Các tính dẫn đến tai nạn nguy hiểm dòng điện mạng ba pha: - Chạm trực tiếp vào pha, hai pha ba pha - Chạm gián tiếp (chạm thiết bị điện có cố hỏng cách điện phải chịu điện áp bước) Chạm vào vỏ thiết bị hỏng cách điện thường pha chạm vỏ, coi trường hợp chạm vào pha mạng điện ba pha Trong tình trên, tình chạm vào pha phổ biến Song mức độ nguy hiểm tùy thuộc vào loại mạng điện ba pha cao áp hay hạ áp, trung tính có nối đất hay khơng nối đất Khi mức độ nguy hiểm phụ thuộc nhiều vào tình trạng làm việc điểm trung tính mạng điện MẠNG ĐIỆN BA PHA CĨ TRUNG TÍNH NGUỒN CÁCH ĐIỆN VỚI ĐẤT - Mạng điện ba pha trung trình nguồn cách điện đất sử dụng nơi có u cầu an tồn khai thác than bùn, khai thác mỏ, hầm lò, tàu thủy,… Để ngăn ngừa điện chạm đất, người ta phải đặt khí cụ điện bảo vệ (rơ le, cầu chì, máy cắt,…) kiểm tra pha I CÁC TRƯỜNG HỢP NGUY HIỂM CỦA MẠNG BA PHA Trường hợp chung - Xét mạng điện ba pha có trung tính nguồn cách điện đất: K h i điện dung điện dẫn mạng có trị số bất kỳ, nghĩa là: - Trước người chạm vào pha, theo định luật Kirchoff 1ta có: Với: Trong đó: : Điện áp tương ứng pha đất : Điện dẫn pha đất, với : : Điện dung pha đất - Ta có: Trong đó: trị số tức thời điện áp pha với đất trị số tức thời điện áp dây - Thay trị số biểu thức (6.1), ta được: - Để đơn giản ta đặt biểu diễn biểu thức dạng phức: - Mặt khác: Với U điện áp pha mạng điện - Thay giá trị vào biểu thức (6.2), ta được: a) Khi người chạm vào pha: Khi tiếp xúc với pha mạng điện pha có trung tính nguồn cách điện với đất, có dịng điện qua thể người dòng điện đóng kín qua điện trở cách điện điện dung Ta có trị hiệu dụng dịng điện qua người: b) Khi người chạm vào hai pha pha Thì ta thấy điện áp người điện áp dây: Mà ta có: - Đối với mạng điện ba pha nào, nguy hiễm đồng thời chạm vào hai pha khác lúc điện đặt vào người lớn Dòng điện qua người xác định theo công thức: Trong trường hợp dù người có đứng ghế cách điện, thảm cách điện… khơng có tác dụng giảm dịng qua người c) Khi dây dẫn pha bị chạm đất người đứng chạm vào pha khác Khi điện áp pha điện áp pha pha lại tăng lên điện áp dây Giả sử pha chạm đất trực tiếp, điện áp đất pha (, nên coi chổ chạm đất đặt thêm điện áp () Như vậy, điên áp pha đất () Ta được: Từ ta suy rằng, người chịu điện áp là: Dòng điện qua người xác định theo công thức: Nếu hệ thống nối đất tốt (Rđ 0) người đứng nơi ẩm ướt (Rn 0) thì: Theo phân tích trên, mạng điện dù điện trở cách điện vỏ bọc dây dẫn pha đất lớn (R = R2 = R3 = ) người chạm vào pha có khả bị nguy hiểm chết người Ngồi dịng điện dung pha không chạm đất tăng lên lần dòng điện dung chổ chạm đất tăng lên lần so với dòng điện dung trước chạm đất Mạng điện làm việc bình thường chạm đất pha không cho phép làm việc lâu dài vì: Có thể pha thứ hai chạm đất ngắn mạch hai pha qua đất Những chổ cách điện yếu bị đánh thủng, gây phóng điện ngắn mạch pha cách điện pha mạng điện thiết bị điện phải thiết kế theo điện áp dây Tại chổ chạm đất xuất hồ quang chập chờn Trị số điện áp đạt đến Upha Phải có thiết bị kiểm tra cách điện Trường hợp mạng điện có điện áp 1000V, chiều dài đường dây ngắn - Trường hợp điện dung C pha đất nhỏ khơng đáng kể, đặt: - Dịng điện qua người Ing xác định theo biểu thức: Như vậy, dòng điện qua người (Ing) phụ thuộc nhiều vào điện trở cách điện điện trở người () mạng điện đất Nếu R cđ đủ lớn dịng điện qua người (Ing) giảm đến mức an tồn Trường hợp mạng điện có điện áp 1000V, cách điện tốt chiều dài đường dây dài - Trường hợp Điện dung C pha đất lớn, đặt: 10 - Dòng điện qua người Ing xác định theo biểu thức: Như vậy, dòng điện qua người I ng phụ thuộc vào điện trở cách điện R ng điện dung C Nếu giá trị điện dung C lớn dịng điện qua người I ng lớn trường hợp nguy hiểm Trường hợp mạng điện có cách điện khơng lớn lắm, chiều dài đường dây dài điện áp cao - Đây trường hợp trung gian hai trường hợp C1 = C2 = C3 = C - Dòng điện qua người Ing lớn xác định theo biểu thức: Như hai trường hợp cuối nguy hiểm cường độ dịng điện qua người có giá trị lớn thường gây chết người II ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM Ưu điểm: Dòng cố pha, điện áp bước, điện áp tiếp xúc nhỏ, cho phép vận hành thời gian định cố chạm đất pha 11 Nhược điểm: Mức cách điện thiết bị phải chịu điện áp dây, có khả gây áp nội hồ quang chập chờn, khó tìm điểm cố, việc thực bảo vệ có chọn lọc pha chạm đất phức tạp đặc biệt lưới 35kV cho phép làm việc IC ≤ 10A Hiện mạng trung tính cách ly sử dụng nước như: Italia, Nhật, Irceland Tại Việt Nam, lưới 6, 10 35kV sử dụng mạng trung tính cách đất Ở mạng trung áp 35kV trung tính cách ly với đất Việt Nam Ưu điểm: Cấu hình trạm biến áp, đường dây đơn giản cuộn trung áp 35kV MBA nguồn có tổ đấu dây tam giác, điểm trung tính khơng cần đưa ngồi MBA Đường dây trung áp 35kV cần kéo dây pha, khơng cần kéo dây trung tính Thiết bị rơ le bảo vệ đơn giản Khi cố chạm đất cắt điện diện rộng (theo quy phạm vận hành bị cố chạm đất) phù hợp cho lưới 35kV cấp riêng cho trạm trung gian Nhược điểm: Nguy hiểm cho người súc vật đến gần chỗ chạm đất cố chạm đất chưa loại trừ Khi chạm đất, điện áp pha không bị cố tăng lên 1,73 lần, dẫn tới việc lựa chọn mức cách điện thiết bị điện áp dây Một số trường hợp phát triển thành cố pha chạm đất Nếu lưới trung áp có nhu cầu dùng trạm phân phối pha đường dây trung áp phải kéo pha, điện áp sơ cấp MBA điện áp dây Với lưới trung áp 35kV có chiều dài lớn, dịng điện dung chạm đất lớn (quá 10A) dễ sinh điện áp nội bộ, dễ làm cố lan rộng III BIỆN PHÁP AN TỒN Qua phân tích trên, nhận thấy tiếp xúc với mạng điện, giá trị dòng qua người phụ thuộc vào cách tiếp xúc đặc tính lưới điện - Đặc tính lưới điện thể ở: loại mạng điện, tình trạng trung tính mạng, điện áp mạng (cao áp hay hạ áp), trị số điện trở cách điện pha, điện dung pha - Cách tiếp xúc thể ở: tiếp xúc với cực hay hai cực cảu mạng điện, tiếp xúc trạng thái có hay khơng có trang bị dụng cụ bào hộ an toàn (găng tay cách điện, ủng cách điện, thảm cách điện, ) 12 Nhằm loại trừ dòng điện qua người cần tiến hành giải pháp nhằm chống chạm điện trực tiếp kiểm tra: - Cách điện pha với nhau, pha vỏ - Trị số điện trở cách điện cho phép: phụ thuộc vào điện áp mạng điện: Đối với mạng điện 1000(V) điện trở cách điện phải lớn gấp 1000(Ω/V), tức 1(KΩ/V) VD: với mạng điện áp 220(V) điện trở cách điện phải là: Đối với thiết bị điện có điện áp tới 500(V): Quy phạm an toàn điện quy định điện trở cách điện 0,5 (MΩ/V) để đảm bảo an toàn - Ở nơi có điện nguy hiểm, để đề phịng người vơ tình tiếp xúc, cần sử dụng tín hiệu, khố liên động phải có hàng rào lưới, có biển báo nguy hiểm - Sử dụng điện áp thấp, máy biến áp cách ly - Sử dụng máy cắt điện an toàn - Hành lang bảo vệ đường dây điện cao áp không: giới hạn hai mặt đứng song song với đường dây, có khoảng cách đến dây ngồi cùng, khơng có gió: Bảng: Hành lang bảo vệ đường dây điện cao áp không Đến 20(KV) Điện áp (KV) Khoảng cách (m) Dây bọc Dây trần 0,6 35 - 66 (KV) 110 (KV) 220/230 500 (KV) (KV) Bảng: Khoảng cách thẳng đứng tối thiểu vị trí tới dây cuối Điện áp (KV) - 20 35 - 66 110 220/230 500 13 Khoảng cách tối thiểu (m) - Trong tất thiết bị đóng mở điện cầu dao, công tắc, biến trở máy công cụ phải che kín phận dẫn điện Các bảng phân phối điện cầu dao điện phải đặt hộp tủ kín, kim loại, có dây tiếp đất phải có khố then cài chắn Phải ghi rõ điện áp sử dụng cửa tủ chứa phân phối điện - Khi đóng mở cầu dao bảng phân phối điện phải ủng cách điện Các cần gạt cầu dao phải làm vật liệu cách điện khơ Tay ướt có nhiễu mồ cấm khơng đóng mở cầu dao bảng phân phối điện Chỗ đứng công nhân thao tác cơng cụ phải có bục gỗ thống chắn - Khi tiếp xúc với mạng điện, cần trèo cao, phịng kín phải có người, người thực cơng việc cịn người theo dõi kiểm tra người lãnh đạo huy tồn cơng việc - Phải che chắn thiết bị phận mạng điện để tránh nguy hiểm tiếp xúc bất ngờ vào vật dẫn điện - Đề phòng điện rò phận khác để tản dòng điện vào đất giữ mức điện thấp vật ta nối không bảo vệ, nối đất an toàn cân Nối đất nhằm bảo vệ cho người chạm phải vỏ thiết bị điện trường hợp cách điện thiết bị bị hư 14